Хранителна микробиология

Тази статия е част от изследователската тема

Риск от хранителни опасни вещества и въздействие върху човешката микробиота: възможна роля в няколко фенотипа на дисбиозата Вижте всички 7 статии

Редактиран от
Бруно Ламас

INRA UMR1331 Toxicologie Alimentaire, Франция

Прегледан от
Прагяншу Харе

Национален агро-хранителен биотехнологичен институт, Индия

Сандрин Елеро-Симатос

Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Франция

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

диетата

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Ключова лаборатория за подобрено възстановяване след коремна хирургия в Гуанджоу, Петата свързана болница на Медицинския университет в Гуанджоу, Гуанджоу, Китай
  • 2 Първата свързана болница на Медицинския университет в Гуанджоу, Гуанджоу, Китай
  • 3 Катедра по обществено здраве, Медицински университет в Гуанджоу, Гуанджоу, Китай
  • 4 Обществената лаборатория, Южнокитайска ботаническа градина, Китайска академия на науките, Гуанджоу, Китай
  • 5 Изследователски институт по китайски медицински науки, Фармацевтичен университет Гуангдонг, Гуанджоу, Китай

Въведение

Излагането на токсини в околната среда е глобален здравословен проблем през 21 век. Тежките метали са едни от най-вредните токсини за околната среда, които се намират широко в замърсения въздух, вода и почва. Тежките метали навлизат и се натрупват постепенно в човешкото тяло чрез приемане на диета. Многобройни проучвания показват, че замърсяването с тежки метали е широко разпространено в животински и растителни продукти, водни продукти и различни преработени храни по целия свят (Dadar et al., 2016; Liu et al., 2016; Wijayawardena et al., 2016) . Тежките метали, които попадат в човешкото тяло чрез хронично излагане, са много трудни за метаболизъм или разлагане, така че те се натрупват във всички тъкани и органи през годините и упражняват хронични увреждания на тялото, когато достигнат определен праг (Raehsler et al., 2018) . Епидемиологичните проучвания показват, че тежки метали могат да бъдат открити в кръвта, урината, косата и ноктите на здрави и болни хора и че съдържанието е свързано с тежестта на дихателните заболявания (Wu et al., 2018), сърдечно-съдовите заболявания (Lamas et, 2016), невродегенерация (Bjorklund et al., 2018a; Ghazala et al., 2018; Iqbal et al., 2018) заболявания, разстройство от аутистичния спектър (Bjorklund et al., 2018b) и затлъстяване (Park et al., 2017; Shao et al., 2017; Wang et al., 2018). Полагат се големи усилия за намаляване на замърсяването с тежки метали, но тези усилия често имат много ограничени ефекти (Bisanz et al., 2014). Затова е спешно изискване да се изследват нови методи за намаляване на рисковете за здравето им.

Чревната микробиота се модифицира от наследственост и различни фактори на околната среда, сред които диетата е основният определящ фактор (Thomas et al., 2017). Диетата с високо съдържание на мазнини (HFD) е често срещан проблем в световен мащаб, а чревната дисбиоза, причинена от HFD, е тясно свързана с честотата на различни заболявания, включително затлъстяване, диабет, сърдечно-съдови заболявания и тумор (Cordain et al., 2005). Епидемиологичните проучвания показват, че хората със затлъстяване, повечето от които имат HFD, натрупват повече тежки метали в тялото си, отколкото здравите хора (Park et al., 2017; Shao et al., 2017; Wang et al., 2018). Предполагаме, че чревната микробиота на HFD може да има по-слаба способност да елиминира или детоксикира тежките метали, отколкото чревната микробиота при нормална диета (ND). Това проучване изследва разликата в чревната микробиота между HFD- и ND-хранени мишки и техните детоксикационни ефекти върху експозицията на As, Cd и Pb. Полагат се усилия да се намерят характеристики на чревната микробиота, които имат положителна корелация с тежките метали, които се екскретират повече с изпражненията, натрупват се по-малко и увреждат черния дроб и бъбреците по-леко, както и специфични микроби, които понасят тежките метали и могат да имат роля в детоксикацията As, Cd и Pb.

Резултати

Диетични ефекти върху увреждането на чернодробната функция при излагане на тежки метали

За да определим влиянието на диетичните модели върху отговора на мишките на експозиция на тежки метали, първо анализирахме активността на кръвната аланин аминотрансфераза (ALT) и аспартат аминотрансфераза (AST), двата основни показателя за чернодробната функция в плазмените проби. По-високите активности на ALT или AST показват по-тежко увреждане на черния дроб. Арсен (As), Cd или Pb се използва за лечение на мишки, хранени с ND и HFD. Резултатите показват, че консумацията на HFD спрямо ND води до по-висока активност на AST и ALT и че тежките метали допълнително увеличават активността на AST и ALT. Така че мишките, хранени с HFD, изложени на тежки метали, са имали най-високите AST и ALT активности сред всички групи (Фигури 1A-F). При мишки, хранени с ND, само AST при експозиция на As и ALT при експозиция на Cd се увеличават значително (P В момента 200 вида, Лактобацилус е добре известна със способността си да модулира микробиотата в стомашно-чревния тракт на гостоприемника, като предоставя благоприятни ефекти върху здравето (Holzapfel and Wood, 2014; Yeo et al., 2018). Нашето проучване предложи това Лактобацилус може да има функция и при детоксикация на тежки метали. Намаляването на Акермансия е било показано при различни болестни състояния като затлъстяване и възпалителни заболявания на червата (Naito et al., 2018). Нашето проучване показа, че намаляването му може да е свързано и с риска от заболяване, причинено от излагане на тежки метали.

Няколко други чревни микроби, включително Бактероиди, Копрокок, и Roseburia са обогатени с тежки метали и също са положително корелирани със съдържанието на тежки метали във фекалиите. Геномни и последващи протеомни анализи за Bacteroides thetaiotaomicron и Bacteroides fragilis са открили множество помпени системи, за да се отърват от токсичните вещества (Wexler, 2007). Roseburia spp. са коменсални бактерии, произвеждащи късоверижни мастни киселини и могат да служат като маркери за човешкото здраве (Tamanai-Shacoori et al., 2017). Въпреки че корелациите им бяха слаби, те предоставиха кандидати за бъдещ скрининг за детоксикация на тежки метали. Разбира се, ролите и механизмите на тези чревни микроби при детоксикацията на тежки метали и намаляването на тяхната токсичност за гостоприемника все още трябва да бъдат проверени от in vivo експерименти за попълване с един щам. Тъй като с последователност от 16S рРНК V3/V4, не можахме да анотираме чревните микроби точно на видово ниво, се очакваше, че последователността в цял ръст може да отсее чревни микроби на видово ниво, които реагират на тежки метали в бъдещи проучвания; тогава подходящи щамове могат да бъдат използвани за експериментална проверка и механизмът за детоксикация трябва да се включи след тези усилия.

Материали и методи

Експериментите с животни бяха одобрени и проведени в съответствие с насоките на Лабораторния център за животни на Медицинския университет в Гуанджоу (номер на протокол за животни: 2019-634). Осемседмични мъжки мишки C57BL/6 са закупени от Медицински лабораторен център за животни в Гуангдонг (GDMLAC) и са държани при контролирани температурни и светлинни условия (25 ° C, 12-часов цикъл светлина-тъмнина), със свободен достъп до храна и вода . Мишките бяха разделени на случаен принцип в осем групи, съдържащи по шест животни всяка и настанени в групи от по три животни на клетка. Четири групи мишки са били хранени с ND (13,5% от енергия от мазнини; D12450; GDMLAC, Китай), а останалите четири групи с HFD (45% от енергия от мазнини; D12451; GDMLAC, Китай). Формулата на диетата е показана в допълнителна таблица S1. На всяка група мишки, хранени с ND-/HFD, се дава 0/100 ppm As (NaAsO2, Merck), Cd (CdCl2.5H2O, Macklin) или Pd (PbCl2, Macklin) в питейна вода за 10 седмици.

На 10-та седмица са взети проби от урина и фекалии. Фекалните проби се сушат във фурна при 65 ° C за 24–30 h, докато теглото стане постоянно. Записано е теглото на изсушената фекална проба. Животните са гладували 12 часа преди убиването. Мишките бяха дълбоко анестезирани с 1% натриев пентобарбитал (50 mg/kg телесно тегло) и цялата кръв беше изтеглена през вентралната аорта в епруветки, съдържащи антикоагулант KEDTA. Бъбрекът и черният дроб бяха отстранени и претеглени. Фекалиите в цекума бяха изцедени. Пробите със съдържание на органи и цекум са потопени в течен азот и се съхраняват при -80 ° C за допълнителен анализ.

Анализ на чернодробната функция

Цялата кръв беше изтеглена през вентралната аорта в епруветки, съдържащи антикоагулант K2EDTA. Кръвта се центрофугира при 500 ° С ж за 5 минути и бяха събрани супернатанти (плазма). Два биомаркера на чернодробната функция, активност на ALT и AST, бяха определени в деня на вземане на проби чрез търговски ELISA комплекти: ALT (Cat # 05850797190, Roche Diagnostics, САЩ) и AST (Cat # 05850819190, Roche Diagnostics, САЩ), според инструкциите на производителя.

Анализ на бъбречната функция

Три биомаркера на бъбречната функция, TPU, UUA и Ucrea, бяха определени в деня на вземане на проби от търговски ELISA комплекти: общ протеин (Cat # 051718190, Roche Diagnostics, САЩ), пикочна киселина (Cat # 05171857190, Roche Diagnostics, United Щати) и креатинин (Cat # 06407137190, Roche Diagnostics, САЩ) съгласно инструкциите на производителя.

Анализ на чревната микробиота

ДНК на цекула от микробиота се извлича с помощта на комплект за изпразване на ДНК (Гуанджоу IGE биотехнология, Китай) и се прилага за амплификация на V3-V4 области на 16S рДНК. Съставът на микробиотата на цекулите е оценен с помощта на Illumina 2500 секвениране на 16S rDNA ампликон и анализ на микробиота, базиран на QIIME. Избрани са висококачествени четения за биоинформатичен анализ и всички ефективни четения от всички проби са групирани в OTU въз основа на 99% сходство на последователността според клъстера QIIMEU. OTUs бяха анотирани чрез RDP Classifier (Версия 2.2), с доверителна граница от 0.8 според базата данни Green Gene, а информацията за състава и изобилието на всяка проба на различни нива на класификация бяха обобщени статистически. Въз основа на информацията за OTU от всяка проба, PCA се прилага чрез R, за да се изследва сходството между различните проби; бяха извършени анализи на α-разнообразие чрез пакета R phyloseq v.1.19.1 и вегански 2.4.2 пакета за изчисляване на индекса на разнообразие.

Анализ на тежки метали

Изсушените фекални проби и замразеният черен дроб и бъбреци се усвояват с 6 ml 65% HNO3 (Merck Darmstadt, Германия) при 25 ° C в продължение на една нощ и допълнително се усвояват чрез система за приготвяне на микровълнова проба (Multiwave 3000, Anton Paar, Австрия). След разграждане разтворите се разреждат с ултрачиста вода до краен обем от 50 ml. As, Pb и Cd се измерват чрез индуктивно куплирана масова спектрометрия (7700 ×, Agilent, Япония) съгласно Sanchez Lopez et al. (2003).

Статистически анализ

Необходимите размери на пробите бяха изчислени, за да се получи мощност от 0,8, въз основа на резултатите от подобни, предишни проучвания и предварителни данни от нашата собствена лаборатория. Статистическият анализ беше извършен с помощта на GraphPad Prism Версия 7.0. Освен ако не е посочено друго, данните са анализирани чрез двупосочни (тежки метали × диета) ANOVA с многократни измервания, последвани от Bonferroni post hoc тестове. Всички данни бяха представени като средно ± SD. P-стойности ∗ P ∗∗ P ∗∗∗ P Ключови думи: диета с високо съдържание на мазнини, тежки метали, чревна микробиота, арсен, кадмий, олово

Цитиране: Liu T, Liang X, Lei C, Huang Q, Song W, Fang R, Li C, Li X, Mo H, Sun N, Lv H и Liu Z (2020) Диета с високо съдържание на мазнини влияе върху натрупването на тежки метали и токсичността към мишки черен дроб и бъбреци Вероятно чрез чревна микробиота. Отпред. Микробиол. 11: 1604. doi: 10.3389/fmicb.2020.01604

Получено: 24 декември 2019 г .; Приет: 18 юни 2020 г .;
Публикувано: 28 юли 2020 г.

Бруно Ламас, INRA UMR 1331 Toxicologie Alimentaire, Франция

Sandrine Ellero-Simatos, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Франция
Pragyanshu Khare, Национален институт по фармацевтично образование и изследвания, Индия

† Тези автори са допринесли еднакво за тази работа